SPI 使用¶
SPI 简介¶
SPI是一种高速的,全双工,同步串行通信接口,用于连接微控制器、传感器、存储设备等。在ROC-RK3399-PC 板子的双排扩展引脚上对SPI5,SPI2,SPI1做了引出,用户可自行查看资源手册。
SPI 工作方式¶
SPI 以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少 4 根线,分别是:
CS 片选信号
SCLK 时钟信号
MOSI 主设备数据输出、从设备数据输入
MISO 主设备数据输入,从设备数据输出
Linux 内核用 CPOL 和 CPHA 的组合来表示当前 SPI 的四种工作模式:
CPOL=0,CPHA=0 SPI_MODE_0
CPOL=0,CPHA=1 SPI_MODE_1
CPOL=1,CPHA=0 SPI_MODE_2
CPOL=1,CPHA=1 SPI_MODE_3
CPOL:表示时钟信号的初始电平的状态,0为低电平,1为高电平。
CPHA:表示在哪个时钟沿采样,0为第一个时钟沿采样,1为第二个时钟沿采样。
SPI 的四种工作模式波形图如下:
驱动编写¶
下面以 W25Q128FV Flash 模块为例简单介绍 SPI 驱动的编写。
硬件连接¶
ROC-RK3399-PC 与 W25Q128FV 硬件连接可参考下表:
编写Makefile/Kconfig¶
在 kernel/drivers/spi/Kconfig
中添加对应的驱动文件配置:
config SPI_FIREFLY
tristate "Firefly SPI demo support "
default y
help
Select this option if your Firefly board needs to run SPI demo.
在 kernel/drivers/spi/Makefile
中添加对应的驱动文件名:
obj-$(CONFIG_SPI_FIREFLY) += spi-firefly-demo.o
config 中选中所添加的驱动文件,如:
│ Symbol: SPI_FIREFLY [=y]
│ Type : tristate
│ Prompt: Firefly SPI demo support
│ Location:
│ -> Device Drivers
│ -> SPI support (SPI [=y])
│ Defined at drivers/spi/Kconfig:704
│ Depends on: SPI [=y] && SPI_MASTER [=y]
配置 DTS 节点¶
在 kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-demo.dtsi
中添加 SPI 驱动结点描述,如下所示:
/* Firefly SPI demo */
&spi1 {
spi_demo: spi-demo@00{
status = "okay";
compatible = "firefly,rk3399-spi";
reg = <0x00>;
spi-max-frequency = <48000000>;
/* rk3399 driver support SPI_CPOL | SPI_CPHA | SPI_CS_HIGH */
//spi-cpha; /* SPI mode: CPHA=1 */
//spi-cpol; /* SPI mode: CPOL=1 */
//spi-cs-high;
};
};
&spidev0 {
status = "disabled";
};
status:如果要启用 SPI,则设为
okay
,如不启用,设为disable
。spi-demo@00:由于本例子使用 CS0,故此处设为
00
,如果使用 CS1,则设为01
。compatible:这里的属性必须与驱动中的结构体:of_device_id 中的成员 compatible 保持一致。
reg:此处与 spi-demo@00 保持一致,本例设为:0x00。
spi-max-frequency:此处设置 spi 使用的最高频率。ROC-RK3399-PC 最高支持 48000000。
spi-cpha,spi-cpol:SPI 的工作模式在此设置,本例所用的模块 SPI 工作模式为 SPI_MODE_0 或者 SPI_MODE_3,这里我们选用 SPI_MODE_0,如果使用 SPI_MODE_3,spi_demo 中打开 spi-cpha 和 spi-cpol 即可。
spidev0: 由于 spi_demo 与 spidev0 使用一样的硬件资源,需要把 spidev0 关掉才能打开 spi_demo
定义SPI驱动¶
在内核源码目录 kernel/drivers/spi/
中创建新的驱动文件,如:spi-firefly-demo.c
。
在定义 SPI 驱动之前,用户首先要定义变量 of_device_id
。of_device_id
用于在驱动中调用 DTS 文件中定义的设备信息,其定义如下所示:
static struct of_device_id firefly_match_table[] = { { .compatible = "firefly,rk3399-spi",},{},};
此处的 compatible
与 DTS 文件中的保持一致。
spi_driver定义如下所示:
static struct spi_driver firefly_spi_driver = {
.driver = {
.name = "firefly-spi",
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = firefly_match_table,},
.probe = firefly_spi_probe,};
};
注册SPI设备¶
在初始化函数 static int __init spidev_init(void)
中向内核注册 SPI 驱动:spi_register_driver(&firefly_spi_driver);
如果内核启动时匹配成功,则 SPI 核心会配置 SPI 的参数(mode、speed 等),并调用 firefly_spi_probe
。
读写 SPI 数据¶
firefly_spi_probe
中使用了两种接口操作读取W25Q128FV
的 ID:firefly_spi_read_w25x_id_0
接口直接使用了spi_transfer
和spi_message
来传送数据。firefly_spi_read_w25x_id_1
接口则使用 SPI 接口spi_write_then_read
来读写数据。
成功后会打印:
root@rk3399_firefly_box:/ # dmesg | grep firefly-spi
[ 1.006235] firefly-spi spi0.0: Firefly SPI demo program
[ 1.006246] firefly-spi spi0.0: firefly_spi_probe: setup mode 0, 8 bits/w, 48000000 Hz max
[ 1.006298] firefly-spi spi0.0: firefly_spi_read_w25x_id_0: ID = ef 40 18 00 00
[ 1.006361] firefly-spi spi0.0: firefly_spi_read_w25x_id_1: ID = ef 40 18 00 00
打开 SPI demo¶
spi-firefly-demo
默认没有打开,如果需要的话可以使用以下补丁打开 demo 驱动:
--- a/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-demo.dtsi
+++ b/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-demo.dtsi
@@ -64,7 +64,7 @@ /* Firefly SPI demo */
&spi1 {spi_demo: spi-demo@00{
- status = "disabled";
+ status = "okay";
compatible = "firefly,rk3399-spi";
reg = <0x00>;
spi-max-frequency = <48000000>;
@@ -76,6 +76,6 @@
};
&spidev0 {
- status = "okay";
+ status = "disabled";
};
注意:由于 spi1_rxd
和 spi1_txd
两个脚可复用为 uart4_rx
和 uart4_tx
,所以要留意关闭掉 uart4 的使用,如下:
kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-port.dtsi
&uart4 {
current-speed = <9600>;
no-loopback-test;
status = "disabled";
};
常用 SPI 接口¶
下面是常用的 SPI API 定义:
void spi_message_init(struct spi_message *m);
void spi_message_add_tail(struct spi_transfer *t, struct spi_message *m);
int spi_sync(struct spi_device *spi, struct spi_message *message) ;
int spi_write(struct spi_device *spi, const void *buf, size_t len);
int spi_read(struct spi_device *spi, void *buf, size_t len);
ssize_t spi_w8r8(struct spi_device *spi, u8 cmd);
ssize_t spi_w8r16(struct spi_device *spi, u8 cmd);
ssize_t spi_w8r16be(struct spi_device *spi, u8 cmd);
int spi_write_then_read(struct spi_device *spi, const void *txbuf, unsigned n_tx, void *rxbuf, unsigned n_rx);
接口使用¶
Linux 提供了一个功能有限的 SPI 用户接口,如果不需要用到 IRQ 或者其他内核驱动接口,可以考虑使用接口 spidev
编写用户层程序控制 SPI 设备。在 ROC-RK3399-PC 开发板中对应的路径为: /dev/spidev0.0
spidev 对应的驱动代码:kernel/drivers/spi/spidev.c
内核 config 需要选上 SPI_SPIDEV:
│ Symbol: SPI_SPIDEV [=y]
│ Type : tristate
│ Prompt: User mode SPI device driver support
│ Location:
│ -> Device Drivers
│ -> SPI support (SPI [=y])
│ Defined at drivers/spi/Kconfig:684
│ Depends on: SPI [=y] && SPI_MASTER [=y]
DTS 配置如下:
&spi1 {
status = "okay";
max-freq = <48000000>;
spidev@00 {
compatible = "linux,spidev";
reg = <0x00>;
spi-max-frequency = <48000000>;
};
};
详细使用说明请参考文档 spidev 。